日期：2017-08-07 20:40:56
　　前言：
　　历史和物理最大的区别在于，前者注重过程，而后者注重结果。当我想写一本关于物理的历史时，就有点傻眼了，该先注重谁呢？
　　现在都知道“地心说”是错的，可有趣的是在它存在的两千多年里，怎么错误地解释周天现象的？既然错了，总有解释不了的那一天，那就是“悖论”。我想我应该注重悖论。

　　理解悖论往往比理解正确的理论还让人困惑，但却又往往是物理最有意思的部分。比如爱因斯坦整出相对论绝对不会是因为他闲的蛋疼，而是物理学中出现了悖论。当我们去探究这个悖论时，才会发现相对论不是一个冷冰冰的道理，不是几个冷冰冰的公式。
　　提到公式，想到以前看书时，总被一堆公式搞得头大，于是产生疑问：是否关于物理学的历史必须要用到公式才能说明？等我自己写的是发现：是的，那是必须的。
　　好在本书所用的公式简单，一方面是不想让读者感到厌烦；另外一方面最为重要，是我的水平极其有限（绝非自谦），所以本书比较适合以下人群：
　　1.小学生；
　　2.初中生；
　　3.高中生；
　　4.大学文科生；
　　5.大学理科不及格的学生。

　　关于本书，有一点是需要略微说明一下的，每个人对自然的认识和他的生活经历有关，物理学家们自然也不会例外，所以书中穿插一些有趣的故事，一是为了增强可读性，更为主要的是也许他们正是从生活的启发从而改变了世界。他们曾经生活便是我们的口口相传的故事，至于历史真实性，也许还有待考证，也许根本就无法考证，也许根本就不需要考证。希望读者不需要纠结历史，以错过其他的美好。当然，这些故事并非我捏造的，也不过是从不同书上看到的不同版本而已。

　　历史的发展往往因为一些关键人物的诞生，所以对于我认为的关键人物描写的角度，比如哥白尼、伽利略、牛顿、麦克斯韦等等。而有的似乎只是一笔带过，并非对他们不敬，而只是为了简洁。同样为了简洁，本书对很多物理理论进行了类别，有可能会词不达意，有可能是作者本人领悟不够，望读者朋友批评指正。
　　日期：2017-08-07 20:44:44
　　第一回：从古希腊说起
　　在很久很久以前，有一支游牧民族离开多瑙河畔，迁徙到爱琴海旁边，并在那里定居。到了公元前800年左右（公元前779年周幽王烽火戏诸侯），他们占据整个今天希腊半岛，并建立起大大小小的城邦，他们自称希腊人，史称古希腊人。
　　在吸取了爱琴海文明之后，古希腊人褪去了游牧时的野蛮，变的聪明睿智，他们从不一味追求穷欲糜奢，以万物适度就好，假如一外人站在古希腊人面前，宣称没有一位希腊人单腿站立能比他还久，古希腊人会对此不屑一顾告诉那人：“别吹了，你又不是只鹅。”
　　相比较这些虚妄的、不切实际的东西，古希腊人更愿意花时间在思考哲学、经济学、自然等等。看到什么想什么，想到什么说什么，比如看到苍穹，他们会把它形容成一个大锅盖，太阳、月亮、星星都在这个大锅盖上升起又落下；看到一望无际的大地，他们会把它形容成一个板，板上还有很多柱子，支撑着大锅盖......类似这样的说法有很多，比如我们祖先的“天圆地方”，可以说都是早期人类的宇宙观。

　　那么问题来了，爱思考的小明（姑且叫小明吧）问：“板上有柱子支撑着大锅盖， 板又是谁支撑着呢？”
　　小红回答说：“板是飘在大海的水里。”

　　小明问：“那为什么没有沉下去呢？”
　　小红说：“板下面有很多只乌龟拖着呢，乌龟在水里按游来游去，要是哪只乌龟开了小差，那么它驮的那个地方就会动，就会发生地震。”
　　可是大海里的水又附着在哪儿呢？其实这种问题没有答案，一层层的叠加，何时才是个头呢？
　　但是爱观察的小明提出另外一个问题，他说：“每当我站在海边眺望出海的水手归来，总是先看见桅杆上的旗子，然后在渐渐的看到下面的人，如果大地是一块平板的话，应该看到整个轮廓，而不是局部，所以大地不是一块平板，而是一个弧形的板，或者干脆是一个球，天也是个球，把大地包起来。”
　　小明真实的名字应该叫毕达哥拉斯（约公元前580年—约前500，约比孔子大30岁），可能是人类第一个意识到脚底下的“板”是个“球”的人。为什么会是个球呢？因为毕达哥拉斯以及他的弟子皆认为球是最完美的——少一点不行、增一点多，球面上每个点都是平等的。
　　然而日升月落、斗转星移，他们都是怎么运作的呢？古希腊人欧多克斯（Eudoxus，公元前408—公元前 355）在总结米利都学派基础上，正式提出了“地心说”。即地球是整个宇宙的中心，所有的天体都绕着地球转动，唯独地球是静止的。不同的天体组成一个同心球。同心球球面相当于道教神话中的“重天”，不同的是古希腊的天住着天体，而道教神话里天上住着神仙，西游记中便说太上老君住在三十三层离恨天。

　　这很和逻辑，因为人类的肉眼看到的确实如此。那么，太阳、月亮、星星都是怎么绕地球转动的呢？欧多克斯问他的老师柏拉图（Plato，公元前427年-公元前347年，约比墨子小50岁），柏拉图肯定地回答：“圆”，因为没有比圆更完美的了——正如球的完美一样。
　　且不表宇宙，单表地球。话说古希腊城邦的北部兴起的一个国家——马其顿王国，到了公元前359年（此年秦国商鞅实行变法），马其顿国王腓力二世继承大统，他有个御用的医生，这个医生生了儿子，这个儿子叫亚里士多德（Aristotle，公元前384—公元前322年，约比孟子大12岁）。亚里士多德对医学也有一定的兴趣，但他更向往古希腊人建立的繁荣的城邦——雅典。18岁时，亚里士多德前往雅典，成为了柏拉图的学生。

　　亚里士多德天赋异禀，很快得到老师柏拉图赏识，在柏拉图学园一呆就是20年，这20年对亚里士多德及其理论产生了决定性的影响。20年后，柏拉图去世，亚里士多德受到排挤，离开了雅典，云游四海。两年后，他受国王腓力二世的邀请，给腓力二世的儿子当老师。
　　严格的说，古希腊人建立的城邦是有独立政权的国家，和同时期的中国战国有些相似，只是他们没有一个合法的“周天子”。古希腊城邦当中有两个是最大的——雅典和斯巴达。他俩经常为了挣老大的位置，能吵就吵，吵不赢就打，最终腓力二世出面替他们彻底解决了这个令人头疼的问题——占领他们，从此希腊半岛就成为了马其顿的殖民地。
　　腓力二世雄心勃勃，希腊半岛只是他计划的一部分，甚至是极小的一部分，他睥睨的可是亚洲大陆。正当他往亚洲大陆进发时，天不随人愿，腓力二世遇刺身亡。他的儿子也就是亚里士多德学生继位，亚里士多德由太子太傅升职到了帝师。
　　新国王把亚里士多德带回雅典，这位帝师现在有了新的任务，劝说古希腊人服从马其顿的统治，可能是作为政治上的回报，亚里士多德和柏拉图一样，在雅典建立了自己的学园——吕克昂学园，广收门徒，最后形成一个学派。
　　亚里士多德讲课有两大特点：
　　1.亚里士多德是处在奴隶主阶级的，衣来伸手饭来张口的日子过惯了，下里巴人的活儿是不屑去做的；
　　2.亚里士多德喜欢在学园里边走边讲，走累了就歇歇腿，精神了又继续走。
　　史学界给这种“君子动口不动手”的学派取了个很好听的名字——逍遥学派（Peripatetic），这比中国武林的逍遥派早了1000多年，而亚里士多德自然便是逍遥学派的“祖师爷”。
　　话说古希腊人还是那么的爱思考，比如某天有个学生（姑且叫小明）跑来问逍遥学派祖师爷几个问题：

　　第一天：
　　小明问：“最近老听人说‘地心说’，这是真的吗？”
　　祖师爷说：“是真的，宇宙是个球，球的中心便是地球，整个宇宙都是绕着地球运动，所以每天都能看见，日升日落、昼夜交替。”
　　小明问：“宇宙又是怎么绕地球运动的呢？”
　　祖师爷说：“宇宙中所有的天体都是做匀速圆周运动。天有九层，不如画个图给你看看吧。”

　　小明问：“天是球，地也是个球，当我们站在上面时，为什么球对面的东西不会掉下去呢？”
　　祖师爷说：“每个物体都有一种属性——重力，重力会使得物体最终下落，地球是物体运动的最终归宿。”
　　小明问：“所以抛向空中的石头会下落，对吧？”
　　祖师爷说：“孺子可教，是这个道理。”
　　小明问：“那为什么星星太阳等都落不到地球上来呢？”
　　祖师爷回答：“因为他们都是天体，天体和物体是不一样的，所以天体能绕着地球转，而不会掉下来。”
　　小明惊讶地说：“哇，原来地球这么厉害啊！”
　　祖师爷微微一笑道:“是的，地球是一种特殊的物质做的，是天体的一部分，而天体都是由神创造出来的，它们的运动都是由神推动的，永远做着匀速圆周运动。”

　　小明问：“为什么要匀速呢?”
　　祖师爷说：“因为匀速和圆周一样，都是最完美的，既然天体都是由神创造的，神创造的东西难道不是完美的么？”
　　第二天：
　　小明问：“昨天您说的重力是物质的一种属性，既然物体都有同样的属性，为什么我这根鹅毛笔和手中的石头同时落下，石头先着地？”

　　祖师爷说：“那是因为石头重，受到的重力就大，所以下落的速度快，就先着地了。”
　　小明问：“既然重力是物质的属性，为什么炊烟往天上飘？”
　　祖师爷说：“那是因为炊烟不仅仅有重力属性，还有一种属性叫‘浮力’，二权取其重。”
　　第三天：
　　小明问：“当我推一个桌子，桌子才会动，这是为什么呢？”
　　祖师爷：“因为你推，所以给了桌子以力，力是维持物体运动的原因，比如一个物体静止不动，只有外力作用它才会动起来。”

　　小明问：“可是我推着桌子动，当我松开手了，也就不再给桌子以力，但桌子还要往前运动一小会儿，这怎么回事呢？”
　　祖师爷想了想说：“那可能是空气迂回导致的”，但是他意识到似乎这样回答有点不妥，假设投石进水，石头在水中也走一段距离，而水里却没有空气，他还没等小明反应过来，又说道：“或者......”
　　小明问：“或者什么？”
　　祖师爷说：“或者是精灵推动的。”
　　第四天：
　　小明问：“昨天您说力，前天说的是重力，这二者都让物体的运动状态发生改变，它们又什么联系呢？”
　　祖师爷说：“虽然都改变了物体的运动状态，但是性质有明显的区别，不知道你注意了没有，重力是不需要接触的，因为那是物体固有的属性；而力是必须接触才能产生作用，它并非物体的固有属性。虽然不能给力下一个精准的定义，但是可以想象得出它是怎么作用的。”
　　看官，以上对话，纯属虚构！只是想简单表达我对亚里士多德天文、物理体系的理解。而我最大的感触是：和亚里士多德的对话让让感觉就像在斗地主，当你满心欢喜的用4个2把他的大王炸掉时，他却出其不意的用5个3将你的喜悦心情秒杀到谷底。然而这是用现在的知识去审视几千年前的话题，假设真的能穿越的话，你也不会感觉到一副牌里出现5个3有什么不妥。打牌作弊逮到了叫 “出老千”，逮不着的就只会让人赞叹：“你丫的牌打的也忒好了”。

　　赌神也好，出老千也罢，这丝毫都不能影响亚里士多德在物理学界的地位。他是人类智慧发展的一次重要凝结，以至于后文提到的若干故事的起源时，都不得不回到亚里士多德及古希腊时代。
　　公元前322年，亚里士多德不幸去世，有人说他身染重病，也有人说推测是被毒死的，更有人说因为他由于无法解释潮汐现象而跳海自杀的。虽然传说都无可稽考，但是我宁愿相信他是用最后一种方式结束自己的生命，智者在思考中死去，不是最美的么？
　　日期：2017-08-08 09:08:10
　　第二回：完美地心说

　　亚里士多德晚年被迫离开雅典与他的那位皇帝学生暴毙不无关系，这个学生名字叫亚历山大（Alexander the Great，公元前356年—公元前323年）。历史给予他最大的评语是：第一位建立横跨亚欧非帝国的国王。
　　公元前336年，腓力二世被刺杀，亚历山大继承王位，同时也继承了父亲留下来的遗愿。公元前334年春，亚历山大挥师向东方前进，踏上了征服世界的旅程，在这漫长的岁月里，他征服了亚洲的波斯、非洲的埃及等诸多国家和部落，整个世界（除了东方、美洲等地）似乎都变成了马其顿的一个省和属国，之后他停下征服版图的脚步，转而踏上了推行文化的征途。
　　亚历山大大帝虽然不是希腊人，但是却很仰慕希腊文化，所以新建的帝国，必须置于希腊精神之下。正当他积极推行希腊化的时候，天妒英才，公元前323年，亚历山大死于热病，在巴比伦去世，年仅33岁。由于来的突然，亚历山大甚至连遗诏都没有留下，仅仅说了句“最强者为王位继承人”。这一含糊的话语最终没能让自己生前的属下安分地把亚历山大的后人扶上王位，转而各自为政，从此马其顿帝国分裂。此时，古希腊人也揭竿而起，反对马其顿人的统治，亚里士多德也在这场分裂中流离失所，正如前文的末尾所说的。

　　亚历山大的部将们又经过几十年的战争，建立了一系列的希腊化国家，其中最大的当属马其顿、塞琉西和托勒密王国。
　　和古希腊几乎同时，亚平宁半岛有个国家正在兴起。公元前146年（司马迁出生），古罗马人开疆拓土，先后吞并了马其顿、希腊半岛、小亚细亚以及塞琉西王朝，古希腊文明终结。此时希腊化的三个大国家只剩下埃及托勒密王国，它的首都亚历山大港也成为了希腊化世界的重要的文明中心。公元前30年（中国西汉元帝时期），古罗马将领渥大维，并没有像他的舅舅凯撒大帝那样拜倒在埃及艳后的石榴裙下，一举占领了埃及，托勒密王国灭亡，从而建立了强大的罗马帝国。

　　在这百余年的社会动荡中，天文学取得了长足的进步。尽管“地心说”大行其道，但是在称为公理之前，请允许还有些不同声音。
　　阿利斯塔克（Aristarchus，公元前315年—公元前230年），他是人类历史上第一个真正意义上的天文学家，他用观测代替猜测，独创性的提出了“日心说”，也就是说，地球不是宇宙的中心，太阳似乎比地球更适合，但是恒星都不动。地球不仅绕太阳公转，还会自转，这样昼夜交替才说的通。
　　大地在动？拜托！像人类这么理智的动物怎么会感觉不到呢？又怎么能相信偌大的地球竟然成为了小小太阳的跟班？
　　阿利斯塔克为了消除人们的误会，采用几何三角关系对天体进行测量。他测出太阳其实比地球大，直径大约为地球的6-7倍。这是人类第一个认为太阳比地球大的人，但是没人相信,更何况阿利斯塔克根本无法解释更多现象，如果大地真的在动，我们向上抛起一个石头，石头应该落在西边，而不是垂直落下。
　　即便阿利斯塔克的学说为宗教和人类所不容，但是并不代表它一无是处。又过了几十年，古希腊另外一位天文学家喜帕恰斯（Hipparchus，约公元前190年—公元前125年。由于翻译的问题，喜帕恰斯又叫伊巴谷）巧妙地绕开“日心说”，转而继承阿利斯塔克观测与计算的方法，于是成为了人类历史上数得上天文学家。
　　喜帕恰斯创造了一系列的眼花缭乱的成果，时至今日有很多理论地理与天文学仍然采用，比如岁差、视差等等，而且他还是人类历史上第一位正确得出月地距离的人——地月距离是地球半径的60倍左右。
　　日期：2017-08-08 09:11:14

　　其实，在基督教以前，亚里士多德还没有被神话，人类不相信地心说，其根本原因就是，无法想象那么大的一个球居然还会在动，如果地球动，为什么人感觉不到摇晃？
　　日期：2017-08-08 10:59:45
　　时光荏苒，过了1个多世纪，有个孩子出生在以前的埃及托勒密王国——显然现在是罗马帝国的一个省了。他的名字叫克罗狄斯托勒密（Ptolemy，约90年—168年）。对于托勒密的生平，史书介绍的很少，只知道其父母都是希腊人，托勒密自幼聪慧，对自然知识有浓厚的兴趣，年少时就曾到亚历山大城。在哪里他深入学习了前人尤其是阿利斯塔克和喜帕恰斯的观测和几何计算方法。
　　但是二人却代表着不同的学说：日心说与地心说。虽说只有一字之差，但是带来的问题却截然不同。托勒密该如何抉择呢？其实他别无选择，在当时环境下，就一个正常人而言，两种学说孰优孰劣，早就高下立判了。
　　选择了地心说，不代表就没有问题。所有的天体绕着地球运动，在最明亮的两个天体——太阳和月亮上得到了很好的验证：月亮确实绕地球转；而不管太阳绕地球转还是地球绕太阳转，在地球上看来都是一样的（相对运动）。
　　但是林子大了什么鸟没有？天空繁星浩瀚，难免有几个淘气不听话的，比如火星，在地球上看来，它的运动比较杂乱无章，有的时候它顺着地球往西走，有的时候他逆着地球往东走，有的时候它还这样走：

　　(红线为某年火星轨迹，黄点及黄色周围2个黄点为心宿；示意图，仅供形象展示)
　　在中国古代，这个现象叫 “荧惑守心”，火星看上去荧荧似火，而其行踪诡异，故叫荧惑。心宿，传说中二十八星宿之一，有3个星星组成，代表这至高无上的皇帝和皇帝他们家一些人。当荧惑守心时，意味着王朝或者皇帝有灾难将要发生。据《史记秦始皇本纪》中记载，秦始皇死的头年，发生了荧惑守心现象。人们纷纷猜测秦始皇的死与上天安排不无关系，这也为后世的皇帝的心中埋下了一个地雷，一旦荧惑守心再次出现，这个雷就要炸开了。

　　荧惑守心现象时有发生，可是皇帝不想死，于是遗祸给丞相，让丞相代他去死，可是丞相也不想死，于是皇帝就把他弄死。西汉汉成帝绥和二年（公元前7年）就是这样弄死了当时的宰相翟方进。丞相的死也分很多种，像文天祥那样的叫惊天地泣鬼神，而像翟方进那样的简直叫做憋屈。
　　火星说：怪我咯？
　　然而，火星不过是捣蛋星体的其中之一。伟大的喜帕恰斯也认识到了这点，他又创造性地发明了“均轮”与“本轮”的学说（由于书籍遗失的缘故，对于该学说的提出者尚有疑义）。
　　托勒密将此学说发扬光大，他不仅坚持地心说，而且还坚决不放弃“匀速”这个完美的运动方式。
　　解释：
　　1.地球不在宇宙中心，而偏离中心一段距离，与地球对应着一个点叫“偏心圆点”，大部分天体都绕着偏心圆的圆心做圆周运动，但是速度不是匀速的，只是相对地球的角速度是匀速的，即匀角速度运行；

　　如此说来，地球也不是宇宙的正中心，不过比地动要好很多，起码当时的人们可以接受。托勒密之所以这样做是为了与观测相符，并非为了解释四季变换。实际上也解释不了，因为太阳不管怎样转，每天都会经过同样的位置，而且四季变化并非纯粹由太阳离地球的距离决定的。关于四季变换，古希腊人早已注意到是由于太阳的直射角度变化引起的，所以地心说的缔造者欧多克斯认为每层天的同心球有个自转轴，球会带着天体绕自转轴轻微地来回摆动，以年为周期。亚里士多德几乎完全继承了欧多克斯的学说，同样也被托勒密继承了下来。

　　2.像火星这样的天体，除了大圈“均轮”外，还有小圈“本轮”，它一直在沿着小圈转动，而小圈又沿着大圈转动，它们的速度可以不一样，这就可以解释为什么火星有时会向后运动了；
　　3.如果一个小圈，不够用，那么就增加更多的小圈，直到够用为止；
　　4.并非所有的天体都绕地球运动，部分比如水星、金星，是绕太阳运动的。
　　这是一个两全其美的创造，既维护了地心说又和观测的差不多一致，因为当时人类关心就那么几个星星（主要是行星）。在当时航海中，靠这几个星星点的灯已经够用了，所以它在航海上取得了很大实用价值，下个有实用价值的发明估计算是指南针和望眼镜了。

　　物以稀为贵，比如美玉，一个叫举世无上，二个可做珠联璧合，多了则和石头没什么分别。为了和观测保持一致，增加了很多的本轮，首先在美学上就很难说得过去，说不过去那就肯定不是完美上帝干的事情了。这也正是该模型最大的缺点，托勒密本人也意识到了，所以他特别强调，这套模型不是理论，而是观测手段，或者说是一种数学方法，如果有新的方法那是最好不过的了。然而人生不如意十之八九，活着的时候尚且不能自保，又何况死乎？托勒密将自己对天文学的理论全部写到《天文学大成》一书中，这本书在后来的1300多年里，成为西方国家的天文学教科书，而其与亚里士多德一脉相承的地心说最终被嫁接成上帝创造万物的理论基础。